工程热力学

我国人均能源资源仅为世界平均水平的1/2，且能源利用效率低下。因此，节能与减排是我们的基本国策。工程热力学是研究热能与其他形式能量转换规律的一门学科，是开展节能与减排的理论基础，是能源与动力工程、飞行器动力工程、机械工程、建筑环境与能源应用工程、能源与环境系统工程、新能源科学与工程、核工程与核技术、核化工与核燃料工程等专业的重要专业基础课。
编者多年来一直从事工程热力学的一线教学工作，在教学实践中，编者发现现有的典型教材的内容组织有待优化和完善，部分知识分析的重点需要重新审视，学科的新发展没有纳入教材。此外，编者还发现，有的学生总是感觉工程热力学课程的概念、基本定理容易理解，但是在解决具体问题时往往不知如何下手，还有的学生在解答问题时存在抓不住重点、逻辑不清、推导不规范等问题。为此，编者在编写本书时，不仅对国内外经典教材中的相关知识内容进行了提炼，而且还对其进行了优化组织，同时重新审视了气体动力循环的性能分析方法，提出了气体动力循环的通用温熵图，首次在工程热力学教材中增加了以*循环比功为目标的气体动力循环（包括混合加热循环、奥托循环、狄塞尔循环、阿特金森循环、米勒循环和燃气轮机循环）优化分析方法及燃料电池的热力学基础，希望能对工程热力学理论知识的学习、掌握和应用提供帮助。
全书共计4个模块14个项目，以“引—学—导—做”的模式组织全书内容。本书内容安排循序渐进，注重引导读者清晰地理解和掌握基本概念、基本定律及基本定理，明确重点和难点，培养从热力学角度抽象和解决实际问题的能力。此外，为了更好地学习相关内容，读者可登录中国大学MOOC网观看由编者录制的工程热力学知识点视频资料。对于各项目的思考题和习题，可参考编者编写的《工程热力学知识点与典型例题》。本书适合能源与动力工程、飞行器动力工程、机械工程、建筑环境与能源应用工程、能源与环境系统工程、新能源科学与工程、核工程与核技术、核化工与核燃料工程等专业的学生、教师及工程技术人员等使用。
在本书的编写过程中，编者参考了大量国内外典型教材及教辅，在此一并致谢！感谢清华大学能源与动力工程系吴晓敏教授拨冗为本书写序。感谢给予编者关心、支持和帮助的各位前辈、同仁、助教、研究生和家人们，以及北京交通大学出版社的相关工作人员，没有他们的支持、关心和辛勤付出，本书是难以成稿付印的！本书共计812万字，其中何伯述完成39%并负责统稿，段志鹏完成15%，严林博完成16%，王超俊完成15%，何頔完成15%。
由于编者水平有限，书中必有错误或不妥之处，请读者不吝赐教（hebs@bjtueducn）。

编者

2020年2月于红果园

《工程热力学》共计4个模块、14个项目，以“引—学—导—做”的模式组织全书内容。《工程热力学》以能量传递、转移过程中数量守恒和质量贬值为主线，讲述工程热力学基本概念和基本定律、工质的热力性质、热力过程与热力循环、化学热力学基础等内容。《工程热力学》注重基本理论的阐述及理论与工程实践的联系，又注重结合课程内容对学生进行热力学分析和思维能力的训练，在加强基础理论的同时注意吸收当今热工科技的新成果和新思路。《工程热力学》各项目附有丰富的例题、思考题和习题，书末有较详细的热工图表供开展热力计算时使用。此外，《工程热力学》各项目附有项目提要、学习目标、项目总结等内容，便于学生掌握知识要点及其相互联系与应用。《工程热力学》适合能源与动力工程、飞行器动力工程、机械工程、建筑环境与能源应用工程、能源与环境系统工程、新能源科学与工程、核工程与核技术、核化工与核燃料工程等专业的学生、教师及工程技术人员等使用。

绪论

任务01我国能源面临的主要问题

任务02热能及其利用

任务03能量转换装置的工作过程

任务04工程热力学的研究对象及其主要研究内容

任务05热力工程及热力学发展简史

任务06热力学的研究方法

模块1热力学基本概念和基本定律

项目1基本概念

任务11热力系

任务12状态和状态参数

任务13平衡态

任务14状态方程和状态参数坐标图

任务15过程和循环

任务16功和热量

项目2热力学*定律

任务21热力学*定律的实质

任务22热力学*定律表达式

任务23稳定流动系统的能量方程的应用

任务24功和热量的计算及其在压容图和温熵图中的表示

项目3热力学第二定律

任务31热力学第二定律的任务

任务32可逆过程和不可逆过程

任务33热力学第二定律的表达式——熵方程

任务34热力学第二定律各种表述及其等效性

任务35卡诺定理和卡诺循环

任务36熵及克劳修斯积分式

任务37热量的可用能（）及其不可逆损失（损）

任务38流动工质的和损

任务39工质的和损

任务310关于损的讨论及方程

任务311热力学温标

任务312热力学第二定律对工程实践的指导意义

模块2工质的热力性质

项目4气体的热力性质

任务41实际气体和理想气体

任务42理想气体状态方程和摩尔气体常数

任务43气体的热力性质

任务44实际气体对理想气体性质的偏离

任务45实际气体状态方程

项目5热力学微分关系式与通用线图

任务51特征函数

任务52二元连续函数的数学特性

任务53热系数

任务54麦克斯韦关系式

任务55比熵、比热力学能和比焓的一般关系式

任务56比热容的一般关系式

任务57焦耳-汤姆孙系数的一般关系式

任务58克拉佩龙方程和饱和蒸气压方程

任务59对比状态方程和对应态原理

任务510通用线图

项目6水蒸气的热力性质

任务61水蒸气的饱和状态

任务62水蒸气的产生过程

任务63水蒸气的热力性质图表

任务64水蒸气的热力过程

项目7理想混合气体与湿空气

任务7.1混合气体的成分

任务7.2混合气体的参数计算

任务7.3湿空气及其湿度

任务7.4露点温度和湿球温度

任务7.5焓和焓湿图

任务7.6比相对湿度和通用焓湿图

任务7.7湿空气过程——焓湿图的应用

模块3热力过程及热力循环

项目8理想气体的热力过程

任务8.1概述

任务8.2典型定值热力过程分析

任务8.3绝功过程和绝热过程

任务8.4混合过程

任务8.5充气、放气过程

项目9气体的流动与压缩

任务9.1一元稳定流动的基本方程

任务9.2喷管中气流参数变化特征

任务9.3气体流经喷管的流速和流量

任务9.4喷管背压变化时的流动

任务9.5喷管中有摩擦的绝热流动过程

任务9.6活塞式压气机的压气过程

任务9.7叶轮式压气机的压气过程

任务9.8引射器的工作过程

任务9.9绝热节流

项目10气体动力循环

任务101概述

任务102活塞式内燃机的混合加热循环及优化分析

任务103活塞式内燃机的等容、等压加热循环及优化分析

任务104活塞式内燃机的其他循环及优化分析

任务105活塞式内燃机各种循环的比较

任务106燃气轮机装置的循环及优化分析

任务107回热燃气轮机装置理想循环的优化分析

任务108喷气发动机循环简介

任务109活塞式热气发动机循环

项目11蒸汽动力循环

任务111基本蒸汽动力循环——兰金循环 

任务112蒸汽再热循环和抽汽回热循环

任务113热电联产循环

任务114实际蒸汽动力循环的能量分析

任务115双工质动力循环

项目12制冷循环

任务121逆向卡诺循环

任务122空气压缩制冷循环

任务123蒸气压缩制冷循环

任务124制冷剂的热力性质与新型制冷剂

任务125蒸汽喷射制冷循环和吸收式制冷循环

任务126热泵循环

模块4化学热力学基础

项目13化学热力学基础

任务131概述

任务132热力学*定律在化学反应系统中的应用

任务133化学反应的热力学第二定律分析

任务134化学反应方向及化学平衡

任务135理论燃烧温度

任务136热力学第三定律与*熵

项目14燃料电池的热力学基础

任务14.1燃料电池的原理 

任务14.2燃料电池的输出电功

任务14.3燃料电池的端电压和输出特性

任务14.4燃料电池的分类及对比

任务14.5燃料电池的发电系统及性能指标

附录A常用热力性质表

附录B常用热力性质图

附录C主要符号、单位转换系数及物理常量

参考文献

《工程热力学》采用“引-学-导-做”的模式组织全书内容，共计4个模块14个项目。各项目分为项目提要、学习目标、知识准备、项目总结、思考题、习题6大板块，书末还附有较详细的热工图表供读者开展热力计算时使用。何伯述教授首次在工程热力学教材中增加了以*循环比功为目标的气体动力循环优化分析方法及燃料电池的热力学基础，方便读者学习、掌握和应用工程热力学理论知识。